Forskning om kristalltillväxt i mikrogravitation var en av de tidigaste undersökningarna som genomfördes ombord på den internationella rymdstationen och fortsätter till denna dag. Den unika mikrogravitationsmiljön i rymden ger en idealisk miljö för att producera kristaller som är mer perfekta än deras markodlade motsvarigheter. Kristalltillväxten av Cs2LiYCl6:Ce scintillatorer i mikrogravitation (CLYC-Crystal Growth), en undersökning som sponsras av Center for the Advancement of Science in Space (CASIS), kommer att studera de potentiella fördelarna med att odla CYLC-kristallen i mikrogravitation.

CLYC-kristallen är en speciell typ av flerkomponentskristallsystem som används för att tillverka scintillatorstrålningsdetektorer, en enhet som är känslig för både gammastrålar och neutroner.

"Det är en spektroskopisk kristall, som betyder, använder denna kristall, vi kan upptäcka närvaron och intensiteten av strålning, samt identifiera vilka isotoper som avger strålning genom att mäta energin, " sa Dr Alexei Churilov, primär utredare och senior forskare vid Radiation Monitoring Devices Inc. (RMD).

CLYC-kristallen produceras som en kommersiell produkt av RMD och används till stor del för att upptäcka och särskilja både skadliga och ofarliga nivåer av strålning. Kristallens huvudsakliga tillämpning är hemlandets säkerhet som en metod för att upptäcka smugglat kärnmaterial, men kan också användas för olje- och gasprospektering, medicinsk bildbehandling, partikel- och rymdfysik och vetenskapliga instrument.

Dock, de jordodlade kristallerna har visat defekter som sprickor, korngränser och inneslutningar, incidenter som forskare som Churilov hoppas kunna eliminera genom att använda rymdstationens mikrogravitationsmiljö som en tillväxtmiljö.

Forskning har visat att många, fast inte alla, kristaller drar nytta av tillväxt i mikrogravitation. Även om resonemanget bakom detta fenomen fortfarande undersöks, forskning pekar på bristen på flytkraftsinducerad konvektion, vilket påverkar transporten av molekyler i kristallen.

"Vårt slutmål är att studera tillväxten av CLYC i mikrogravitation utan störningar av konvektion och att förbättra produktionen av kristallen på jorden, sa Churilov.

Forskningen för CLYC Crystal Growth-undersökningen kommer att utföras inom Solidification Using a Baffel in Sealed Ampules Furnaces and Inserts (SUBSA Furnaces and Inserts). SUBSA hjälper forskare att öka förståelsen för processer som är involverade i tillväxt av halvledarkristaller. Den erbjuder en gradientfrysugn för materialvetenskapliga undersökningar. SUBSA drevs ursprungligen ombord på rymdstationen 2002, SUBSA-hårdvaran har moderniserats och uppdaterats med datainsamling, högupplösta video- och kommunikationsgränssnitt.

Under utredningen, fyra kristalltillväxtkörningar kommer att genomföras ombord på rymdstationen och sedan i de markbaserade SUBSA-ugnarna, ge forskarna en inblick i gravitationseffekten på deras tillväxt. När utredningen är klar, de rymdodlade kristallerna kommer att jämföras med sina motsvarigheter på jorden och testas för brister och effektivitet som strålningsdetektorer.

Även om mikrogravitation inte kan efterliknas eller reproduceras på marken, resultaten från undersökningen kommer att ge information om vilka kristallmetoder som ska användas på jorden, hur man förbättrar ampull- och ugnsdesign och vilka parametrar för kristalltillväxt som ska ändras i strävan efter en mer perfekt kristalliseringsprocess.

Även om den totala vikten av CLYC Crystal Growth-undersökningen är liten, bara några kilogram tillsammans med förpackning, fördelarna kan vara enorma eftersom data som samlats in under undersökningen kommer att användas omedelbart i produktionen av CLYC-kristaller.